基于粗糙神经网络的坡面雨滴溅蚀量研究

提出采用粗糙神经网络预测坡面雨滴溅蚀量。用粗糙集方法中条件属性与决策属性相对依赖的概念约简某雨滴溅蚀量试验中的冗余信息,去掉了坡度、雨强、水深、单宽流量4个试验指标中水深和单宽流量两个指标,建立了以坡度、雨强为输入,溅蚀量为输出的2−5−1的粗糙神经网络模型,简化了神经网络的结构,减少了网络的训练时间。实例计算中信息约简后预测值与试验值线性回归的相关系数大于未约简时的相关系数值,计算速度也有所提高。实例计算表明,粗糙神经网络为坡面雨滴溅蚀量预测研究提供了一种有效可行的算法。     

延安丘陵区黄土雨滴溅蚀过程模拟

为揭示延安丘陵区黄土雨滴溅蚀特征及其演变过程,选取晚更新世原状黄土为研究对象,利用自制的雨径、雨强可控的单雨滴模拟试验装置,对边坡浅表层采集的原状黄土进行雨滴击溅侵蚀试验,研究降雨强度和降雨历时对原状黄土侵蚀特征的影响规律。结果表明: ①雨滴连续击打作用下,原状黄土表面逐渐形成一近似圆形的溅蚀坑,溅蚀坑由浅变深、由小变大,侵蚀深度随降雨历时的发展过程可描述为快速增长阶段(0~10 min)、缓慢增长阶段(10~40 min)和稳定发展阶段(40~60 min)。②侵蚀深度、侵蚀破坏直径及侵蚀扩散直径随降雨历时发展过程符合幂函数型增长,0~10 min为侵蚀变形主要增长阶段,降雨强度越大,土壤侵蚀作用越显著,0~10 min阶段的侵蚀深度占总侵蚀深度比例可达81%以上; 降雨历时约10 min后,溅蚀面上横向侵蚀范围基本趋于稳定状态,侵蚀深度、侵蚀破坏直径及侵蚀扩散直径均随降雨强度呈正相关,且侵蚀扩散直径D约为侵蚀破坏直径D0的2.71~3.55倍。③强降雨是诱发黄土边坡发生侵蚀灾害和水土流失的重要影响因素,建议采用坡面植绿、加筋和防排水等防护措施,增强坡面抗侵蚀能力,降低黄土边坡浅层水蚀灾害发生。研究成果可为黄土地区降雨侵蚀灾害防治提供参考。     

雨滴溅蚀下压实黄土变形破坏规律研究

针对工程建设中存在的裸露黄土路堤边坡水土流失现象,为进一步研究降雨条件下雨滴击溅对路堤边坡的破坏作用,本文通过室内模拟单雨滴溅蚀试验,观测试件表面溅蚀坑深度随时间的变化情况,分析不同地表压实度和雨滴击溅速率两种因素作用下压实黄土的溅蚀破坏规律。在此基础上,研究了压实度、含水率对黄土耐溅蚀性的影响,分析了降雨强度与土体溅蚀破坏的关系。结果表明:当溅蚀坑内存在薄层积水时,短历时降雨易使土体发生表层破坏;反之,容易产生二次溅蚀,二次溅蚀易造成黄土路堤边坡的深层破坏。     

模拟降雨条件下坡面流水动力学特性研究

为探明降雨条件下沙黄土坡面水流水动力学特性,以流体力学和泥沙运动力学理论为依据,通过5个坡度和5个雨强组合条件下室内模拟降雨试验,系统研究了坡面水流水力参数的变化规律。结果表明,降雨条件下坡面薄层水流雷诺数均小于580,处于层流失稳区;水流流型随雨强和坡度的变化而发生转捩,当坡度较缓、雨强较小时,床面形态处于低能态区和过渡区,床面出现沙纹现象,水流宏观上呈缓流,反之,坡度较陡、雨强较大时,床面由沙纹和沙垄向动平床过渡,宏观上多呈急流;并根据薄层水流阻力组成特点,推导出沙黄土坡面薄层水流阻力计算公式。验证结果表明,该式误差较小,可为坡面侵蚀预报模型的构建提供参考。     

岩溶断陷盆地高原面洼地不同坡位土壤抗蚀性研究

为揭示断陷盆地区高原面洼地不同坡位土壤的抗蚀性能,以高原面洼地不同坡位灌草地(上坡、中坡、下坡、坡底)不同土层(0–20 cm、20–40 cm)土壤为研究对象,通过对土壤抗蚀性16个指标的测定与分析,研究了不同坡位对土壤抗蚀性的影响.结果表明:在不同深度土层中,土壤水稳性大团聚体含量都呈现出上坡>下坡>坡底>中坡(P<0.05),且随着土层深度的增加含量减少;各坡位土壤抗蚀性,0–20 cm土层,上坡>下坡>坡底>中坡(P<0.05),20–40 cm土层,下坡>坡底>上坡>中坡(P<0.05),随着土层深度的增加,土壤抗蚀性逐渐降低;粘粒、有机碳、电导、PAD、MWD湿为评价喀斯特断陷盆地坡位土壤抗蚀性的最佳五指标.建议根据各坡位土壤抗蚀性的差异采取不同措施,减小水土漏失同时增强土壤的抗蚀能力,以改善当地生态环境.     

边坡离心模型试验中的降雨模拟研究

为了在离心机试验中模拟降雨引起的滑坡,设计和使用了一套降雨模拟系统。这套系统的构成主要是针对离心试验的特殊要求进行设计的。所采用的特殊技术可以均匀分配雨水,将雨滴的尺寸效益和科氏加速度引起的雨滴偏移最小化,实现了不同强度和历时的降雨模拟。通过一个降雨条件下砂土边坡的离心模型试验,成功应用了该套降雨模拟系统,研究了边坡中的降雨入渗过程。     

降雨条件下坡面径流和入渗耦合的数值模拟

降雨条件下坡面径流和降雨入渗的模拟互为条件,必须采用耦合分析的方法才能较好地解决这一问题。从坡面径流和降雨入渗控制方程着手,建立了用有限元方法求解该问题的耦合方程,并编制了相应的计算程序。为了加快迭代收敛的速度,还对地表饱和的判断提出了一种近似处理的方法。算例表明,所提出的方法可行,能较好地反映实际现象。该方法可为边（滑）坡稳定、水土流失、山地洪水分析等提供计算依据。     

边坡降雨入渗与坡面径流耦合数学模型及有限元模拟

降雨,特别是强降雨时边坡渗流和坡面径流过程是研究许多工程问题的基础。本文采用Richards方程描述非饱和渗流过程;运动波方程描述坡面径流。先推导了Richards方程的积分弱解格式;然后将坡面水深作为运动波方程的控制变量,并用运动波方程表示入渗率;再将这一表达式融入Richards方程的积分弱解格式,从而构建同时描述边坡渗流和径流的积分弱解格式的数学方程。该方程不再包含入渗率这一未知量。采用Galerkin有限元法实现方程的有限元模拟。算例表明,所建有限元模拟方法可以用于模拟边坡渗流和坡面径流过程。     

模拟降雨条件下坡面细沟形态演变与量化方法

为探明坡面土壤侵蚀过程中细沟的演变规律,研究细沟形态特征量化方法是非常重要的。利用室内土槽模拟降雨试验,对比了45 mm/h、87 mm/h和127 mm/h雨强下容重分别为1.30 g/cm3和1.05 g/cm3两种黄土在20°陡坡坡面细沟发育形态的差异,并分别采用分形维数、拓扑参数对细沟沟网的形态特征进行量化描述,引入地貌信息熵理论进行坡面地貌信息熵计算,然后对各量化参数的敏感性进行了分析。结果表明,分形维数作为整体性的量化参数,对描述发育成熟的细沟形态差异不够灵敏;坡面地貌信息熵能够反映侵蚀过程中侵蚀程度的变化,对细沟发育程度的描述较为灵敏;细沟沟网的拓扑特征参数较好地体现了沟网内部结构的差异,可用于描述沟网内部结构特征的较灵敏参数。     

分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟

非均质岸滩广泛分布于冲积河流中,其侧蚀过程沿垂向具有分层特点。基于全三维水沙模型及河岸侧蚀坍塌力学模式,提出动态网格跟踪技术,构建了非均质岸滩侧蚀沿垂向差异的三维动力学模拟方法。以连续弯道概化水槽为例,模拟分析了非均质河岸侧蚀过程中三维水流结构的响应特征。研究结果表明:坡脚冲刷后,底部主流向凹岸偏移,在已有弯道环流的基础上,于坡脚处出现一反向次生流;上部粘性土层坍塌后,崩塌土体堆积于坡脚处,上部主流明显左偏,下部次生流消失;随着坡脚堆积体的冲刷搬运,下部主流进一步向凹岸偏移;如此循环,主流不断向凹岸偏移,致使岸坡持续崩退、河道摆动。     

坡面土壤侵蚀公式的建立及其在流域产沙计算中的应用

分析了坡面土壤颗粒的受力情况,认为坡面土壤颗粒的运动与其所受的有效切应力有关,从而推导出坡面土壤侵蚀量计算公式,建立了流域产沙模型。公式的推导具有较强的泥沙运动力学基础,反映了影响流域产沙的主要因素。模型参数少,应用方便,既可计算一次洪水产沙量,又可计算年产沙量。在陕北裴家峁流域上应用,结果令人满意。     

黄土高原土壤侵蚀(水蚀)多尺度过程与水土保持研究进展

从产生土壤侵蚀机理出发, 分别阐述了黄土高原地区的坡面、 沟谷、 小流域、 流域尺度上的土壤侵蚀(水蚀)研究现状与取得的进展.结合平凉城南侧泾河一级支沟的纸坊沟小流域治理实践和调查, 总结黄土高原地区水土流失治理和水保措施实施的经验及其存在的不足. 建议未来的研究向着"规划性"、 "综合性"、 "量化尺度性"、 "弱化尺度性"模型的研究方向发展, 这对提高地区水土保持质量、 改善水土流失治理现状、 实现水保效益最大化目标具有重要意义.     

吉林省中部不同土地利用类型的土壤侵蚀强度变化分析

在GIS支持下,应用TM遥感影像提取土地利用和土壤侵蚀的相关信息,采用叠加分析法研究了吉林省中部不同土地利用状况的土壤侵蚀规律。结果表明：吉林省中部土壤侵蚀整体呈减弱趋势,主要为占吉林省中部面积比例大的耕地侵蚀面积减少所致。但其他土地利用类型则表现为随着土地利用强度的增大,土壤侵蚀速度和侵蚀强度加剧。侵蚀类型由水蚀向风蚀转化,表明中部气候向干旱气候转化的趋势。不合理的土地利用是导致土壤侵蚀强度增大和气候向干旱转化的根本原因,进而又导致吉林省中部土地进一步退化,形成恶性循环。因此,进行水土资源优化利用和合理开发势在必行。     

Advances in Researches of the Effects of Grassland Vegetation on Soil Erosion in Loess Plateau

Soil erosion is a serious global environmental problem which limits the survival and development of human beings. In our country, due to the special physical geography and socio-economic conditions, soil erosion intensity is great, which is particularly prominent in Loess Plateau region. Therefore, preventing and controlling soil erosion, as well as reducing soil erosion in Loess Plateau have become the key to solving environmental problems in the region. Soil erosion on Loess Plateau is serious, and grassland vegetation has good effects on soil and water conservation, which can improve ecological environment well. After the implementation of the project about returning farmland to grassland on Loess Plateau, the ecological benefits mainly focused on soil and water conservation benefits, soil improvement benefits, water conservation benefits and species diversity benefits, etc. Grassland vegetation has an irreplaceable role in the construction of the ecological environment on Loess Plateau. Therefore, the role of grassland in preventing soil erosion has received more and more attention. Scholars have done lots of research involved in the relationship between grassland coverage and soil erosion, impacts of grassland on hydrodynamic parameters, effects of grassland on soil properties, reduction effects of grassland on runoff and sediment, and soil erosion process on grassland slope. However, there is little research on erosion effect induced by grassland cover. This paper mainly pointed out the following questions: First, grassland cover is influenced by many factors, but the relationship with soil erosion from the dynamic mechanism is rarely discussed; Second, there is no well-developed theory of overland flow erosion at present, which limits the study of hydrodynamic parameters on grassland slope; Third, establishment of mathematical model between grassland cover and soil resistance can accelerate the quantitative analysis of grassland influence on erosion; Fourth, comprehensive analysis of influencing factors on water reduction and sediment reduction effect on grassland are insufficient; Fifth, there are not many mechanisms to analyze the erosion process of grassland slope by using the hydrodynamic characteristics of slope; sixth, research results on grassland-induced erosion are mainly focused on leading to soil dry layer and we should continue to strengthen in the future. This paper summarized the previous results, and supplemented some studies about erosion caused by grassland, then pointed out the existing problems in current research and the areas that need to be strengthened in the future, aiming at reducing soil erosion on the Loess Plateau.     

稀土元素示踪法在坡面土壤侵蚀垂直分布研究中的应用

通过野外全坡长侵蚀小区试验,证明了稀土元素示踪法在土壤侵蚀垂直分布研究中的可应用性。结果表明该径流小区产沙强度坡长存在三种变化模式:增长型,增长 递减型和波动型,其形成机理可能与径流过程有关。利用稀土元素在坡面的再分析,初步建立了估算坡面沟蚀率的关系式。     

Review and Prospect of the Study on Soil Wind Erosion Process

Soil wind erosion processes include mechanical process and dynamic changes of the factors affecting soil wind erosion, as well as the corresponding changes of wind erosion rate. The former is rich in experimental and theoretical researches that have clearly defined the process of particle starting, transporting and settling. The latter focuses on the dynamic changes of various wind erosion factors and the response of soil wind erosion rate to the change of the factors, of which systematic research of which is very limited. The difficulties in research of soil wind erosion process include: ①Dynamic parameterization of wind erosion factors; ②Observation and quantitative expression of the dynamic changes of wind erosion factors; ③Scaling problem of wind erosion process; ④Prediction ability of wind erosion models. At present, it is urgent to carry out the following work on soil wind erosion. The first is to establish standard wind erosion observation field in typical regions to obtain continuous and complete data of wind erosion in the field; the second is to study the saturation path of wind sand flow to solve scale problem; and the third is to construct a wind erosion model with solid theoretical foundation and fully consider both mechanical process of soil wind erosion and dynamic changes of the factors.     

水土流失现状图的遥感编制方法探讨

探讨在缺少实测和调查土壤侵蚀模数资料的地区，应用TM卫星图像和地形图，结合前人资料和野外典型调查，建立水土流失类型、强度与土地利用类型、植被覆盖度和地形坡度的相关关系，经遥感综合解译，编制水土流失现状图的技术方法。     

喀斯特地区枯落物层对地表径流和土壤侵蚀的影响研究

以枯落物层质量和雨强为影响因素进行室内人工模拟降雨试验,探讨喀斯特地区枯落物层对地表径流和土壤侵蚀的影响规律。结果表明:(1)地表无枯落物覆盖的情形下,除雨强为40mm/h无地表径流外,其它雨强的情形均有产流;且均随着雨强的增加,初始产流时间提前,地表产流产沙量增大。(2)在有枯落物覆盖情形下,初始产流时间有所延缓,在40mm/h雨强下,枯落物层明显影响了地表径流的产生,但随着降雨强度的增加,减少径流效果越来越不明显;(3)枯落物覆盖对减少土壤流失效果显著,其中降雨强度为90mm/h时,枯落物保沙效率约99%,当降雨强度为140mm/h时,达到94%。研究表明,喀斯特地区枯落物层对延缓地表径流和减少土壤侵蚀具有重要作用。     

黄土高原聚湫沉积旋回、土壤侵蚀及区域差异

黄土高原聚湫/淤地坝内的沉积物是黄土再侵蚀搬运的直接结果,以高堆积速率和多沉积旋回为特征,是认识黄土高原地球关键带过程和历史的理想载体之一。如何鉴定并有效划分沉积旋回是利用聚湫/淤地坝沉积序列恢复流域土壤侵蚀和地表环境过程的基础。本文选取地处黄土高原中部丘陵沟壑区（陕西靖边）和高塬沟壑区（甘肃合水）的两个聚湫为代表,利用高分辨率XRF岩芯扫描仪获取两个聚湫上部近代沉积序列的元素分布,提出划分沉积旋回的地球化学指标,并识别年际冻融层,获得旋回产沙模数及年际产沙量,进而讨论土壤侵蚀与强降水频率和强度的关系及区域差异。结果表明,沉积旋回的下部粗颗粒层均以高Zr为特征,上部细颗粒层则富集Al、Fe、Rb、Ca和Sr等造岩元素,由此提出Rb/Zr比值可有效划分沉积旋回。根据Rb/Zr比值分布,靖边和合水聚湫上部4m和2m沉积序列可分别划分为35个和18个沉积旋回。结合细颗粒层的¹³⁷Cs比活度分布,划分的沉积旋回个数可分别与1963年以来两个地区强降水次数一一对应。靖边聚湫的年际沉积旋回数量和产沙模数均高于合水,是黄土高原丘陵沟壑区砂黄土更易遭受侵蚀的结果;在次降水量为50mm的强度下,靖边流域的产沙模数约为合水流域的两倍左右。重要的是,两个流域的产沙模数均与强降水次数和强度紧密相关,旋回产沙模数随降水强度线性增加。聚湫沉积旋回记录的侵蚀历史及区域差异将有助于深入认识黄土高原地球关键带中侵蚀风化、水文和生态环境变化等历史与过程。

     

松潘黄龙土地和土壤的环境现状评价

在 1∶5万区域生态地质填图的基础上 ,通过土壤调查和剖面测制 ,查明了黄龙土地资源的水土流失现状、诱发因素 ,并针对其危害提出了治理措施 ,进而对土壤肥力状况作了一定的研究。重点讨论的黄龙土壤微量元素特征、环境背景值 ,对土壤环境进行了评价 ,对元素有效态对农作物的环境效益进行了初探。